A Conceptual NRD system and its performance evaluation

中性子共鳴濃度分析法の概要とその特性評価

土屋 晴文 ; 原田 秀郎   ; 小泉 光生 ; 北谷 文人  ; 呉田 昌俊   ; 高峰 潤 ; 飯村 秀紀  ; 木村 敦   ; Becker, B.*; Heyse, J.*; Kopecky, S.*; Moens, A.*; Mondelaers, W.*; Paradela, C.*; Schillebeeckx, P.*

Tsuchiya, Harufumi; Harada, Hideo; Koizumi, Mitsuo; Kitatani, Fumito; Kureta, Masatoshi; Takamine, Jun; Iimura, Hideki; Kimura, Atsushi; Becker, B.*; Heyse, J.*; Kopecky, S.*; Moens, A.*; Mondelaers, W.*; Paradela, C.*; Schillebeeckx, P.*

中性子共鳴濃度分析法(NRD)は、福島第一原子力発電所事故のような過酷事故で生じる粒子状の溶融燃料デブリ中のウランやプルトニウムを、パルス中性子を利用して非破壊で定量する新しい技術である。粒子状デブリ中の核物質を測るため、NRDでは中性子共鳴透過分析法(NRTA)と中性子捕獲線分析法(NRCA)、あるいは即発線分析法(PGA)を組み合わせる。NRDでのNRCA/PGAの役割は、Csに起因して高線量になる可能性があるデブリ中の不純物が発する線を測定することである。とくに、NRD用の線検出器は、Csの存在下でもBからの線を効率よく測定可能な設計となっている。NRTAでは、NRCA/PGAで得た不純物の情報に基づき、測定を最適化して、核物質を定量する。こうした設計概念をもつNRDの有効性を実証するため、現在まで、IRMMの中性子飛行時間施設GELINAにおいてNRTAやNRCAに関する国際共同実験を実施してきた。加えて、NRDにおける核物質の測定精度に関する解析的研究も行ってきた。今回の発表では、NRDの設計概念を説明するとともに、実験やシミュレーションで得た結果を元に、NRDの特性を報告する。

Neutron Resonance Densitometry (NRD) is a non-destructive method using a pulsed neutron beam in order to quantify nuclear materials in particle-like debris of melted fuel that is generated by a severe accident like the one at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant. It is a combination of neutron resonance transmission analysis (NRTA) and neutron resonance captures analysis (NRCA) or Prompt Gamma-ray Analysis (PGA). NRCA/PGA in NRD, using a newly designed -ray detector, plays a role of measuring impurities in debris that would have high radioactivity derived from Cs. Especially, the -ray detector was specially designed to measure 478-keV rays radiated by B under the presence of Cs. Then utilizing information on the amount of impurities obtained by NRCA/PGA, NRTA quantifies special nuclear materials in debris. To verify the effectiveness of NRD for quantifying nuclear materials, NRTA and NRCA/PGA experiments were conducted at GELINA, IRMM, by an international collaboration of JAEA and EC/JRC/IRMM. In addition, achievable accuracy concerning NRD was studied by Monte Carlo simulations. In this contribution, these achievements on NRD as well as its concept are reviewed.